JP4234444B2 - Electronic component cooling apparatus and electronic component cooling method - Google Patents

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Description

本発明は、プリント配線基板上の部品を冷却する分野に関する。更に詳しくは、本発明は、プリント配線基板上の複数のチップへの改善された熱移転を行なう装置と方法を目的とするものである。   The present invention relates to the field of cooling components on a printed wiring board. More particularly, the present invention is directed to an apparatus and method for improved heat transfer to a plurality of chips on a printed wiring board.

標準のサイズを有するプリント配線基板上に電子部品を配列することができれば、電子部品の容易な構成、組立、補修及び品質向上が可能になる。例えば、パソコンは、ボードやカードを取り付けるためのスロットやコネクタを具えた標準化された多数のポートやバスを有するマザーボードを具えていることが多い。このアプローチの融通性に対する証左として、ほとんどすべてのパソコンにはコネクタが設けられ、コンピュータメモリの追加、入出力(I/O)装置への接続及び付加的な計算能力を可能にする。   If electronic components can be arranged on a printed wiring board having a standard size, the electronic components can be easily configured, assembled, repaired, and improved in quality. For example, personal computers often have a motherboard with a number of standardized ports and buses with slots and connectors for mounting boards and cards. As a proof of the flexibility of this approach, almost all personal computers are equipped with connectors, allowing additional computer memory, connection to input / output (I / O) devices, and additional computing power.

バススタンダードは、両者とも一般的に使用されている周辺部品相互接続(Peripheral Component Interconnect; PCI)と工業標準構成(Industry Standard Architecture; ISA)標準、及びコンピュータのグラフィック能力を改善するように構成された加速グラフィックスポート(Accelerated Graphics Port; AGP)を含むが、これらに限定されるものではない。これらの標準のそれぞれは、計算機能と機械的標準とを提供して、コネクタとカードが連携して必要な電気接続と物理的安定性を提供するようになっている。ここで特に興味をひくのは、コネクタと係合するカードの縁の幾何学的形状、組み立てられたボードの幅、長さ及び高さ、そしてカードの電気的仕様や電力使用の詳細を含んだ機械的標準であるが、これらに限定されるものではない。   The bus standards were both configured to improve commonly used Peripheral Component Interconnect (PCI) and Industry Standard Architecture (ISA) standards and computer graphics capabilities. Including, but not limited to Accelerated Graphics Port (AGP). Each of these standards provides computing functions and mechanical standards so that connectors and cards work together to provide the necessary electrical connections and physical stability. Of particular interest here were the card edge geometry engaging the connector, the width, length and height of the assembled board, and the card's electrical specifications and power usage details. Although it is a mechanical standard, it is not limited to these.

バススタンダードに合致していることに加えて、プロセッサ、メモリチップ、電力供給装置、その他のこれらに限定されない電子部品を含むカードの部品が予定された温度範囲で作動することが重要である。電力供給装置やプロセッサ等の高出力装置の場合には、作動温度が最高作動温度以下に保たれることが一般的に必要である。同じ回路内に温度に敏感な多数の部品を有するボードの場合、個々のチップの温度を、すべてのチップが同じように作動する範囲内に維持することが重要である。例えば、メモリチップは温度依存性の時計速度を持っていることが多い。並列されたメモリチップを有する回路は、すべてのチップが或る温度範囲にあって、ほぼ同じ時計速度を有する場合に最も良好に作動する。   In addition to meeting bus standards, it is important that card components, including but not limited to processors, memory chips, power supplies, and other electronic components, operate at a predetermined temperature range. In the case of high power devices such as power supplies and processors, it is generally necessary to keep the operating temperature below the maximum operating temperature. In the case of a board having a number of temperature sensitive components in the same circuit, it is important to maintain the temperature of the individual chips within a range where all chips operate in the same way. For example, memory chips often have a temperature dependent clock speed. Circuits with parallel memory chips work best when all chips are in a temperature range and have approximately the same clock speed.

電子部品から熱を除去する技術は、冷却要求と共に発展した。種々のタイプのファンが、ハウジングの背部から空気を排出し、或いは新鮮な空気をハウジング内に導入するのに使用されている。いずれの場合にも、これらのファンは内部循環を発生させ、発熱部品からの対流による熱移転を促進する。他の技術は、一つ以上のファンを用いたり、ハウジング内の気流を導いて熱の除去を改善したりすることを含む。部品レベルにおいて、個々の部品から熱を除去するために受動的ヒートシンクを使用することが従来技術では周知である。軸流ファン又はブロワーが、プロセッサ等の高発熱で温度に敏感な部品に取付けられることが多い。これらの空気移動装置は、局部的な熱の移転を増加させ、熱エネルギを一つ又は複数個の部品からハウジング内に移動させる。部品に対してヒートシンクの接触を改善する技術も能動的熱除去システムとして発展しており、例えばヒートパイプやペルティエ(Peltier)装置等がある。   Technology to remove heat from electronic components has evolved with cooling requirements. Various types of fans are used to exhaust air from the back of the housing or to introduce fresh air into the housing. In either case, these fans generate internal circulation and promote heat transfer by convection from the heat generating components. Other techniques include using one or more fans or directing airflow within the housing to improve heat removal. At the component level, it is well known in the prior art to use passive heat sinks to remove heat from individual components. Axial fans or blowers are often mounted on high heat and temperature sensitive components such as processors. These air moving devices increase local heat transfer and move thermal energy from one or more parts into the housing. Techniques for improving heat sink contact with components have also developed as active heat removal systems, such as heat pipes and Peltier devices.

最近の傾向として、各プリント回路基板上に発熱量の多い高速・高強力のコンピュータチップを載せるようになってきた。これらのボードは、通常、緊密に積層されてコンパクトな全体的設計となっている。ボードを積層することによって、空気が高温の部品の近くを循環することが妨げられ、チップやヒートシンクに搭載されたファンやブロワーの効率を減少させる。その上、GPU等の高い端を有する多くのカードは、専用ファンを有するプロセッサと、同じ温度又はその近傍で作動するその他のコンピュータチップを具えている。例えば、AGP標準に準拠するボードは、通常、高出力GPUと、このGPUの周囲の直交する2本の線に沿って設置された時計速度・温度依存性メモリチップの列を具えている。したがって、冷却システムは、GPUを冷却してそれが過熱されないようにすると共に、複数のメモリチップを同じ温度又はその近くに維持しなければならない。この先行技術の方法は、一つのプリント回路基板上の複数の部品、チップ或いはチップの組を特定の温度に、或いはその近傍に充分に維持しない。更に、ボード標準は、すべての部品をボードの特定の高さ以内に維持して、隣接するスロットが他のボードのために使用できるようにする必要がある。   As a recent trend, high-speed and high-power computer chips that generate a large amount of heat are mounted on each printed circuit board. These boards are usually closely stacked and have a compact overall design. Stacking boards prevents air from circulating near hot components, reducing the efficiency of fans and blowers mounted on chips and heat sinks. In addition, many cards with high edges, such as GPUs, include a processor with a dedicated fan and other computer chips that operate at or near the same temperature. For example, a board that conforms to the AGP standard typically includes a high-power GPU and a row of clock speed / temperature dependent memory chips installed along two orthogonal lines around the GPU. Thus, the cooling system must cool the GPU so that it is not overheated and maintain multiple memory chips at or near the same temperature. This prior art method does not adequately maintain multiple components, chips or chip sets on a single printed circuit board at or near a particular temperature. In addition, board standards require that all parts be kept within a certain height of the board so that adjacent slots can be used for other boards.

先行技術の問題点とAGPの設計の際に生じる熱除去の問題に対する解決策の例が、先行技術を示す図1と図2を参照して示され、これには50ワットの電力を消費するAGPカード(AGP Pro50 カード)の設計仕様と部品レイアウトが示されている。AGP Proの仕様は、AGP標準のボードよりも大きい電力を消費し、且つこれより広いマザーボード上の空間を必要とするAGP状カードを収容するように構成されている。図1は、AGP Proコネクタ109、PCIカード110及び隣接するPCIコネクタ111と113を有するマザーボード107の端面図を示す。AGP Proコネクタ109とPCIコネクタ111、113は並列され、カード101の長さLに整合し、且つ距離Sずつ離れている。部品面115と半田面117とを具えたカード101を有するAGP Pro両立型装置100は、コネクタ109と電気的に係合する突出部分125と、AGP Pro両立型装置をコンピュータのフレーム(図示しない)に固定するブラケット137とを有している。このブラケット137は、普通はコンピュータのハウジングの壁の近くに位置しており、コンピュータの外側との接続のためにそこに装着されているI/Oコネクタ(図示しない)を有している。アウトライン103は部品面115に関連する物体の最大幅Wと高さHを特定し、アウトライン105は半田面117に関連する物体の最大幅Wと高さBを特定している。特に興味があるのはアウトライン103である。AGPカードのための本来の仕様は、AGPボードとこれに最も近いボード(S−Bより小さい高さH)との間の空間のみを占めるように、AGP適合カード(compliant card)を要求している。主として電力消費が増加するために、本来のAGP標準はAGP Pro標準に修正され、これによってカードは隣接するPCIスロット111の空間にオーバーラップする高さHを占めることが可能になった。PCIカード110を挿入するための次の最も接近した位置はPCIコネクタ113である。PCIコネクタ111を占めるPCIカードは、AGPカード100がコネクタ109内にある場合には使用することができない。   An example of a solution to the problems of the prior art and the heat removal problem that arises during AGP design is shown with reference to FIGS. 1 and 2 showing the prior art, which consumes 50 watts of power. Design specifications and component layout of AGP card (AGP Pro50 card) are shown. The AGP Pro specification is configured to accommodate AGP-like cards that consume more power than AGP standard boards and require more space on the motherboard. FIG. 1 shows an end view of a motherboard 107 having an AGP Pro connector 109, a PCI card 110 and adjacent PCI connectors 111 and 113. The AGP Pro connector 109 and the PCI connectors 111 and 113 are juxtaposed, aligned with the length L of the card 101, and separated by a distance S. An AGP Pro compatible device 100 having a card 101 with a component surface 115 and a solder surface 117 includes a protruding portion 125 that is electrically engaged with the connector 109, and a computer frame (not shown) of the AGP Pro compatible device. And a bracket 137 to be fixed to. This bracket 137 is usually located near the wall of the computer housing and has an I / O connector (not shown) attached thereto for connection to the outside of the computer. The outline 103 specifies the maximum width W and height H of the object related to the component surface 115, and the outline 105 specifies the maximum width W and height B of the object related to the solder surface 117. Of particular interest is the outline 103. The original specification for an AGP card requires an AGP compliant card to occupy only the space between the AGP board and the board closest to it (height H smaller than SB). Yes. Mainly due to increased power consumption, the original AGP standard was modified to the AGP Pro standard, which allows the card to occupy a height H that overlaps the space of adjacent PCI slots 111. The next closest position for inserting the PCI card 110 is the PCI connector 113. The PCI card occupying the PCI connector 111 cannot be used when the AGP card 100 is in the connector 109.

図2Aは、図1の2A−2Aから見たAGPカード100の平面図であって、冷却対象の種々の部品と先行技術における冷却方法とを示し、図2Bはメモリチップ121とヒートシンク131の断面図を示す。カード101には、GPU119と二つの列129と131に沿って配置された複数のメモリチップ121が装着されている。GPU119には、これらの種々の部品を冷却するためのファン135が装着されている。このファン135は典型的には縦型ファンであり、図1に示されているように、カード100の上方の空気をGPU100の方に吸引して垂直対流を発生させ、引き続いてファン135から発している矢印で示されているようにカード100の上を流れる。メモリチップ121の各列129と131は、メモリチップの上面に載置されてカード100から突出したフィンを有するヒートシンク123を有する。図2Bに示されているように、ヒートシンク123は、メモリチップ121に熱的に接触している実質的に平坦な底部126と、該底部から離れるように突出するフィン124とを有している。このヒートシンク123は、高い熱伝導性を有するアルミや銅等の金属材料で作られている。フィン124は、図1の気流によって示されているような自然対流或いは強制対流のいずれかによる、熱移転のための表面積を増加させる。ファン135からの気流の或る部分はヒートシンク123を指向するが、一般的には気流は拡散する。この流れのパターンは幾つかの悪い結果をもたらし、例えば気流の一部しかメモリチップ121の冷却に利用できなかったり、チップ間或いはヒートシンク123に沿って不均一な冷却がなされたり、チップの近傍で流れの分離や再循環が生じたりすることがある。   2A is a plan view of the AGP card 100 as viewed from 2A-2A in FIG. 1, showing various components to be cooled and cooling methods in the prior art, and FIG. 2B is a cross section of the memory chip 121 and the heat sink 131. The figure is shown. A plurality of memory chips 121 arranged along the GPU 119 and the two rows 129 and 131 are mounted on the card 101. The GPU 119 is equipped with a fan 135 for cooling these various components. The fan 135 is typically a vertical fan, and as shown in FIG. 1, the air above the card 100 is sucked toward the GPU 100 to generate vertical convection, and then the fan 135 emits. Flows over the card 100 as shown by the arrows. Each row 129 and 131 of the memory chip 121 has a heat sink 123 having fins mounted on the upper surface of the memory chip and protruding from the card 100. As shown in FIG. 2B, the heat sink 123 has a substantially flat bottom 126 that is in thermal contact with the memory chip 121 and fins 124 that protrude away from the bottom. . The heat sink 123 is made of a metal material such as aluminum or copper having high thermal conductivity. The fins 124 increase the surface area for heat transfer by either natural or forced convection as shown by the airflow of FIG. Some portion of the airflow from the fan 135 is directed to the heat sink 123, but generally the airflow diffuses. This flow pattern has some bad consequences, for example, only a portion of the airflow can be used to cool the memory chips 121, uneven cooling between the chips or along the heat sink 123, or in the vicinity of the chips. Flow separation and recirculation may occur.

一般に、増大する電力消費に対する従来技術における解決策は、高さHを増加して循環を更に良好にしたり、より大きなファンやもっと進歩した冷却装置を収容することである。したがって、AGP両立型装置100はより大きくなり、PCIカードによって使用されるはずのスペースとオーバーラップすることになる。不幸なことに、ボードのサイズや足型を大きくすることは、増大する電力要求に対する最良の対策ではない。受入可能なボードのサイズを大きくすれば、隣接するスロットへの接近が妨げられ、コンピュータの可能性が減殺され、マザーボード上に既に存在している配線とコネクタが無駄になり、その結果、嵩高で高価なカードとなってしまう。   In general, the prior art solution to increased power consumption is to increase the height H to provide better circulation, accommodate larger fans and more advanced cooling devices. Thus, the AGP compatible device 100 becomes larger and overlaps with the space that should be used by the PCI card. Unfortunately, increasing board size and footprint is not the best solution to increasing power requirements. Increasing the size of an acceptable board prevents access to adjacent slots, diminishes the computer's potential, and wastes the wiring and connectors that already exist on the motherboard, resulting in bulky results. It becomes an expensive card.

必要なのは、プリント回路基板用の改善された熱移転装置及び/又は方法を提供することである。特に、複数のコンピュータチップをコンピュータのハウジングの内部においてほぼ同じ温度で作動できるように冷却することが求められている。多くのタイプのコンピュータチップの作用は温度に対して敏感であり、複数のチップをほぼ同じ温度に冷却することによって、ボードの作用を更に信頼性のあるものにすることができる。特に、そのような能力は、グラフィックプロセッサ等の高性能コンピュータプラグインボードを可能にする。その上、ボードからの熱を除去を改善して、ボードがコンピュータハウジングの中で占める空間を増加させることなく、高電力消費のボードを冷却することが必要である。   What is needed is to provide an improved heat transfer apparatus and / or method for printed circuit boards. In particular, there is a need to cool a plurality of computer chips so that they can operate at substantially the same temperature inside the computer housing. The action of many types of computer chips is sensitive to temperature, and by cooling multiple chips to approximately the same temperature, the action of the board can be made more reliable. In particular, such capabilities enable high performance computer plug-in boards such as graphic processors. Moreover, there is a need to improve the removal of heat from the board and to cool the high power consumption board without increasing the space it occupies in the computer housing.

本発明は、ハウジング内に狭い間隔で配置されたプリント回路基板上の部品を冷却して、改善された冷却を可能にする装置と方法を提供するものである。詳しくは、本発明の冷却装置は、コンピュータボード上の部品を良好に、より正確に且つ予測可能に冷却することを可能にし、それによってボードを更に高性能にして高速で作動させ得る。   The present invention provides an apparatus and method for cooling components on a printed circuit board that are closely spaced within a housing to allow improved cooling. Specifically, the cooling device of the present invention allows components on a computer board to be better, more accurately and predictably cooled, thereby making the board more powerful and operating at high speed.

即ち、本発明の一態様は、コンピュータボード上の複数の部品のそれぞれを特定の温度に、或いは特定の温度範囲内に維持するように冷却する装置と方法を提供する。一実施例においては、この冷却システムは、一つ以上のファンからの冷却気流を各コンピュータチップに沿って導くダクトを具えている。冷却気流を提供するための実施例は、コンピュータハウジングの内部の箇所から空気を吸い出し、ハウジングの外の空気を吸い込むことを含んでいる。別の実施例は、ボードの縁に沿ったハウジングの開口に隣接するプラグインボードを冷却するものであり、冷却空気は標準型のプラグインボードの高さ仕様の範囲内の開口から導かれている。チップは、それに取付けられたヒートシンクを具えていてもよく、冷却流はこのヒートシンクに沿って流れる。   That is, one aspect of the present invention provides an apparatus and method for cooling each of a plurality of components on a computer board to maintain a specific temperature or within a specific temperature range. In one embodiment, the cooling system includes a duct that directs cooling airflow from one or more fans along each computer chip. An embodiment for providing a cooling air flow includes drawing air from a location inside the computer housing and drawing air outside the housing. Another embodiment is to cool the plug-in board adjacent to the housing opening along the edge of the board, and the cooling air is routed from the opening within the standard plug-in board height specification. Yes. The chip may have a heat sink attached thereto, and the cooling flow flows along this heat sink.

本発明の別の態様によれば、一つ以上のファンとフィンや翼等の細長い部材を装着するためのハウジングを設けて、気流をボードに沿って、詳しくは冷却対象の複数の部品に沿って導く、コンピュータボード上の部品を冷却する装置と方法が提供される。本発明の更に別の態様は、複数の電子部品に取付けられたヒートシンク上に気流を導いて、これらの電子部品を冷却するものである。一実施例においては、これらの複数の部品は直交する二列の部品列として配列され、気流はこれらの部品に垂直に向けられている。第2の実施例ではこれらの複数の部品は放射状に配列されている。本発明の冷却装置のファンは、GPU等の高電力消費型部品を冷却するヒートシンク上に交互に設置され、一方、気流は複数のメモリチップを所与の温度範囲内に冷却するように導かれる。   According to another aspect of the present invention, a housing for mounting one or more fans and elongated members such as fins and wings is provided, and the airflow is along the board, more specifically along the parts to be cooled. An apparatus and method for cooling components on a computer board is provided. According to still another aspect of the present invention, airflow is guided onto a heat sink attached to a plurality of electronic components to cool these electronic components. In one embodiment, these multiple parts are arranged as two orthogonal rows of parts, and the airflow is directed perpendicular to these parts. In the second embodiment, the plurality of parts are arranged radially. The fan of the cooling device of the present invention is alternately installed on a heat sink that cools a high power consumption type component such as a GPU, while the airflow is guided to cool a plurality of memory chips within a given temperature range. .

本発明の更に別の態様は、規定された物理的空間を占めるように、設定された既定高さ仕様内に高性能ボードが設けられている標準サイズのコンピュータプラグインボードに改善された冷却を行なうものである。一実施例においては、本発明の冷却システムは、メモリチップ等のコンピュータ部品の列の上に載せられたヒートシンク上に気流を導くダクトを具え,この冷却システムは、ファンが取付けられたヒートシンクと、気流をコンピュータ部品上に向ける細長い部材と、更に気流を方向転換させるカバーとを具えている。   Yet another aspect of the present invention provides improved cooling to a standard size computer plug-in board where the high performance board is provided within a set default height specification to occupy a defined physical space. To do. In one embodiment, the cooling system of the present invention comprises a duct for directing airflow over a heat sink mounted on a row of computer components such as memory chips, the cooling system comprising a heat sink with a fan attached thereto, It includes an elongated member that directs the airflow over the computer component and a cover that redirects the airflow.

本発明のもう一つの態様は、ボード上に低い高さを占めながら、プラグインボードを冷却するものである。一つの実施例は、例えば50ワット以上の電力を消費するボード等の高電力消費型ボードのための標準型AGPの高さの空間内にあるGPUとメモリチップを含むAGP両立型プラグインボードを冷却するものである。一実施例においては、GPUにはヒートシンクが取付けられ、該ヒートシンクはファンを具え、このファンはボードから空気を吸い出して、気流をメモリチップの方に向け、各チップを標準AGPボードの幅内で特定の温度範囲まで冷却する。このボードは一つ以上のファンを具え、そしてAGPボードがコンピュータハウジングの開口に対面する箇所から新鮮な空気を吸い込むダクトも具えている。コンピュータ内の同じ広さの空間において、性能を改善し或いはより高性能化することによって経済的な利点を有する装置と方法を用いて、コンピュータボード上の部品を冷却することも、本発明の更に別の態様である。   Another aspect of the present invention is to cool the plug-in board while occupying a low height on the board. One embodiment includes an AGP compatible plug-in board that includes a GPU and a memory chip in a standard AGP height space for a high power consumption board such as a board that consumes more than 50 watts of power, for example. It is to be cooled. In one embodiment, the GPU is equipped with a heat sink that includes a fan that draws air from the board and directs the airflow toward the memory chips, with each chip within the width of a standard AGP board. Cool to a specific temperature range. The board includes one or more fans and a duct that draws fresh air from where the AGP board faces the opening in the computer housing. Cooling components on a computer board using devices and methods that have economic advantages by improving performance or improving performance in the same amount of space within a computer is also possible. Another embodiment.

本発明は、以下に述べる特別の実施例の詳細な説明によって更に理解することができる。明確にする目的のために、この説明は特定の例に関する装置、方法及び概念について述べる。しかし、本発明の方法は、広範なタイプの装置によって実施可能である。したがって、本発明はこれらの特定の実施例の説明によって限定されるべきではない。明確にするために、本発明は多くの異なる革新的な部品と部品同士の革新的な組合せとを含むシステムに関して述べられている。本明細書の任意の実施例に挙げられている革新的な部品のすべてを含む組合せに、本発明を限定するべきではない。   The present invention can be further understood by the detailed description of specific embodiments set forth below. For purposes of clarity, this description describes apparatus, methods, and concepts related to specific examples. However, the method of the present invention can be implemented by a wide variety of devices. Accordingly, the invention should not be limited by the description of these specific embodiments. For clarity, the present invention has been described with respect to a system that includes many different innovative components and innovative combinations of components. The present invention should not be limited to combinations that include all of the innovative components listed in any embodiment herein.

本発明のその他の目的、利点、態様及び特色は、添付図面を参照して以下に述べる好適実施例の説明から明らかになるであろう。これらの図においては、そこに示されている特定の構成部品、態様或いは特長を示すのに符号が使われており、一つ以上の図に共通の符号は、そこに示されている同様な構成部品、態様或いは特長を示している。ここで使用されている符号は、本明細書中に参考として組み入れられている文献において使用されている符号と混同してはならない。   Other objects, advantages, aspects and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In these figures, reference numerals are used to indicate the particular components, aspects or features shown therein, and common numerals in one or more figures are similar to those shown therein. A component, aspect or feature is shown. The reference signs used herein should not be confused with the reference signs used in the documents incorporated herein by reference.

本発明は、電子部品の配列からの熱の移転を改善する装置と方法を提供するものである。次に述べる本発明の説明は、本発明の種々の態様を示す実施例を参照することによって、更に判りやすくなる。これらの実施例は、本発明を説明するための骨組みを提供するものであり、構成部品のタイプと相対位置の詳細、カードやプリント配線基板上におけるこれらの構成部品の形態、これらの構成部品を保持するエレメントの形状、これらの構成部品の意図する目的、これらを具えたカードや装置、及びその他の特性を含んでいる。なお、これらの特性は例示的なものであって、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を限定する意味は有していない。   The present invention provides an apparatus and method for improving heat transfer from an array of electronic components. The following description of the invention will be more readily understood by reference to examples illustrating various aspects of the invention. These examples provide a framework for explaining the present invention, detailing the type and relative position of the components, the form of these components on the card or printed wiring board, and the components. It includes the shape of the element to hold, the intended purpose of these components, the card or device with them, and other characteristics. Note that these characteristics are exemplary and do not have a meaning to limit the scope of the present invention defined in the claims.

一例として、本発明は、パソコンで使用されるプリント回路基板上に配置された電子部品を冷却する装置と方法について説明されるであろう。電子部品の例としては、コンピュータチップや、電力供給或いは電力調整用電子部品等のその他の電子部品及び電気部品が挙げられる。電子部品は、電子装置の内部に入れられたり、或いは入出力用インタフェースとして、特定の機能を果たすのに使用され、或いは種々の機能を果たすようにプログラム可能なプリント回路基板等のカード上に配置されている。例えばマザーボード上の電子装置内に、一つ以上のこれらのカードのためのプラグイン箇所を提供するのは普通のことであり、したがって、これらのカードはプラグイン(plug-in)カードとかアドイン(add-in)カードと呼ばれることもある。普通に使用されているコンピュータ構成技術において、これらのカードは、サイズ、占有空間及び電力の仕様、並びに電気的、機械的接続部の位置及びデジタル的電子、電気機能にうまく適合していることを要する。こうした複数のプラグイン箇所は、通常、プラグインされたこれら複数のカードがマザーボードに対して垂直の延びる積層配列を形成するように設けられている。前述したように、この積層配列はコンパクトなコンピュータ設計を提供するが、ボード上の部品の冷却を妨げて、コンピュータの作用を阻害する。   As an example, the present invention will be described with respect to an apparatus and method for cooling electronic components disposed on a printed circuit board used in a personal computer. Examples of electronic components include computer chips and other electronic components and electrical components such as power supply or power adjustment electronic components. Electronic components can be placed inside electronic devices, used as input / output interfaces to perform specific functions, or placed on cards such as printed circuit boards that can be programmed to perform various functions Has been. For example, it is common to provide plug-in locations for one or more of these cards in an electronic device on a motherboard, so these cards can be plug-in cards or add-ins ( add-in) Sometimes called a card. In commonly used computer construction technology, these cards are well suited to size, footprint and power specifications, as well as electrical and mechanical connection locations and digital electronic and electrical functions. Cost. The plurality of plug-in locations are usually provided such that the plurality of plugged-in cards form a stacked arrangement extending perpendicular to the motherboard. As previously mentioned, this stacked arrangement provides a compact computer design, but prevents cooling of the components on the board and hinders the operation of the computer.

本発明の冷却システムは、本明細書中では一般的にファンと呼ばれている気流発生装置からの空気を電子部品に指向させるものである。このファンはプラグインカード上に設けられ、或いは気流をダクトその他の気流指向装置を介して電子部品に向けるように、カードから離れた箇所に設けられる。本発明の範囲のファンは、軸流即ち遠心型ファン、及びブロワーの流れ特性を有するファンであるが、これらに限定されるものではない。更に、本発明に使用されるファンは、充分な冷却能力と、気流を種々の部品に対して指向させるのに適宜なサイズと向きを提供するように選ばれている。こうして、ヒートシンク上に設けられるファンは、通常は遠心型ファンの構造のものであり、ボードから空気を吸引してボードに沿って流れを発生させ、一方、軸流ファンはボードから離れた位置で使用される。   The cooling system of the present invention directs air from an airflow generator, generally referred to herein as a fan, to electronic components. This fan is provided on the plug-in card, or is provided at a location away from the card so that the airflow is directed to the electronic component via a duct or other airflow directing device. Fans within the scope of the present invention include, but are not limited to, axial flow or centrifugal fans and fans having blower flow characteristics. Furthermore, the fans used in the present invention are chosen to provide sufficient cooling capacity and the appropriate size and orientation to direct the airflow to the various components. Thus, the fan provided on the heat sink is usually of a centrifugal fan structure and sucks air from the board to generate a flow along the board, while the axial fan is at a position away from the board. used.

一実施例においては、本発明は、パソコン(PC)上で使用される加速グラフィックポート(AGP)バスに従うグラフィックカードからの熱を除去するのに使用される。図3は、AGP両立型装置300上の本発明の冷却システム310の平面図を示し、図4は図3の4−4側断面図を示し、図5はシステム310の分解組立図である。このAGP両立型装置300は、ボードをコンピュータのハウジング(図示しない)内に拘束するためのタブ319とリップ321を有するブラケット323を有するカード101を具えている。カード101上の種々の電子部品の中には、GPU119とメモリチップ121がある。装置300には、ファン303、メモリチップ121から熱を除去するヒートシンク305と307及び気流指向装置301を具えた増強型熱除去システム310も設けられている。この実施例においては、ファン303はヒートシンク305、307及びGPU119の両方に対して垂直の軸を有する縦型ブロワーであることが望ましい。ファン303は、空気が吸引される円形部分409と空気が強制的に動かされる円周部分411を有している。こうして、ファン303はカード101の方に空気を吸引し、それをカードに沿って向きを変える。詳しくは、気流指向装置301は孔309と外縁313を有するトップ311と、ファン303を搭載して気流をカード101に沿って偏向させるためのハウジング401とを有する。このシステム310は、装置300を好適に冷却するために高さZを必要とする。この高さZはシステム310の部品の物理的高さXと、冷却空気をファン302の中に引き込むための付加的な高さYとを含んでいる。特定の部品上における冷却空気の方向によって、冷却空気の更に効率的な使用が可能になると共に、気流をメモリチップ121等の複数の部品を均一に冷却するように指向させることを可能にする。その上、このシステム310は、先行技術のシステムで必要とした高さよりも低い高さで足りる。その結果、このシステム310は、所与の大きさの拘束範囲内においてより良好な冷却を可能にし、或いはより小さな空間を占めながら所与を冷却量を提供することができる。こうして、本発明は、所与のサイズの拘束範囲、例えばAGP標準ボードの高さの範囲内においてボードを冷却し、及びAGP Proボードの高さのようなより大きな空間を占めるボードを冷却するのに役立つ。   In one embodiment, the present invention is used to remove heat from a graphics card that follows an accelerated graphics port (AGP) bus used on a personal computer (PC). 3 shows a plan view of the cooling system 310 of the present invention on the AGP compatible device 300, FIG. 4 shows a cross-sectional side view taken along the line 4-4 of FIG. 3, and FIG. The AGP compatible device 300 comprises a card 101 having a tab 319 and a bracket 323 having a lip 321 for restraining the board in a computer housing (not shown). Among the various electronic components on the card 101 are a GPU 119 and a memory chip 121. The apparatus 300 is also provided with an enhanced heat removal system 310 comprising a fan 303, heat sinks 305 and 307 for removing heat from the memory chip 121, and an airflow directing device 301. In this embodiment, fan 303 is preferably a vertical blower having an axis perpendicular to both heat sinks 305, 307 and GPU 119. The fan 303 has a circular portion 409 through which air is sucked and a circumferential portion 411 through which air is forcibly moved. Thus, the fan 303 sucks air toward the card 101 and turns it along the card. Specifically, the airflow directing device 301 includes a top 311 having a hole 309 and an outer edge 313, and a housing 401 for mounting the fan 303 and deflecting the airflow along the card 101. This system 310 requires a height Z to suitably cool the device 300. This height Z includes the physical height X of the components of the system 310 and an additional height Y for drawing cooling air into the fan 302. The direction of the cooling air on a particular component allows for more efficient use of the cooling air and allows the airflow to be directed to cool multiple components such as the memory chip 121 uniformly. In addition, the system 310 may need a height that is lower than that required by prior art systems. As a result, the system 310 can provide better cooling within a given size constraint, or can provide a given amount of cooling while taking up less space. Thus, the present invention cools a board within a given size constraint range, eg, the height of an AGP standard board, and cools a board that occupies more space, such as the height of an AGP Pro board. To help.

AGP装置800、例えば装置300等のAGPボードを冷却する別のシステムが、図8に冷却システム810の平面図として、そして図9に9−9側断面図として示されている。このシステム810は、入口803と出口805を有するダクト801と、前記出口805と連通している孔309を有するトップ311とを具えている。前記入口803は、装置810への空気の流入を可能にし、ブラケット807上に位置決めされている。これはダクトの入口803が付加されてはいるが、前記ブラケット323の場合と同様である。入口803は開いていてもよいし、或いはグリル即ち交換可能なフィルタを有していてもよい。出口805はトップ311に取付けられて孔309と連携して、コンピュータハウジングの外部の空気を直接にファン303の方に吸い込むことによって冷却を行なう。外部空気は一般的にハウジング内の空気より低温なので、ダクト801を使用することによって、この冷却システムの高さを更に減らすことができる。   Another system for cooling an AGP board, such as AGP apparatus 800, eg, apparatus 300, is shown in FIG. 8 as a top view of cooling system 810 and in FIG. 9 as a 9-9 side cross-sectional view. The system 810 includes a duct 801 having an inlet 803 and an outlet 805, and a top 311 having a hole 309 communicating with the outlet 805. The inlet 803 allows air to enter the device 810 and is positioned on the bracket 807. This is the same as the case of the bracket 323 although the duct entrance 803 is added. The inlet 803 may be open or may have a grill or replaceable filter. The outlet 805 is attached to the top 311 and cooperates with the hole 309 to cool air by sucking air outside the computer housing directly toward the fan 303. Since the external air is generally cooler than the air in the housing, the use of duct 801 can further reduce the height of this cooling system.

ダクトを採用することによって、ファンを例えばブラケット807上やコンピュータハウジングの外の装置810から離れた位置に設けて気流をダクト801に導いたり、或いは複数のブロワーやファンを具えることによって冷却システムの別の実施例が可能となる。ファンやブロワーをプラグインボードから離すことは大変に有利であり、これによってブロワーによって占められるべきボード上の位置に高性能のヒートシンクを設けることが可能になる。こうして、これに限定されるものではないが、コンピュータハウジングの内側或いは外側のいずれかの箇所にファンを設ける等して、コンピュータハウジングの内側或いは外側のいずれかの箇所から空気を吸引して本発明の範囲内で多くの別個の気流配列が可能となる。   By employing a duct, for example, a fan may be provided on the bracket 807 or at a position away from the device 810 outside the computer housing to guide the airflow to the duct 801, or by providing a plurality of blowers or fans. Alternative embodiments are possible. It is very advantageous to keep the fans and blowers away from the plug-in board, which makes it possible to provide a high performance heat sink at a location on the board to be occupied by the blower. Thus, the present invention is not limited to this, but by providing a fan at any location inside or outside the computer housing, the air is sucked from any location inside or outside the computer housing. Many separate airflow arrangements are possible within the range of.

本発明者によれば、従来のようにファンを使用するのではなく、ブロワー302を選ぶことによって、冷却装置の熱移転特性が改善されることが見出された。ファン、ブロワー、その他の気流発生装置を使用することは本発明の範囲内にあるが、ヒートシンクに沿ってより均一で強力な気流を提供できるブロワーの能力のために、ブロワーの使用が有利であるものと信じられる。また、本発明による別の気流発生装置はファンを具え、例えばGPU119上の設置された二台以上のファンやブロワーを使用してダクトと連携して、コンピュータハウジングの他の区域やハウジングの外部の箇所から冷却空気を取り入れている。   The inventor has found that the heat transfer characteristics of the cooling device are improved by selecting the blower 302 rather than using a fan as in the prior art. Although it is within the scope of the present invention to use a fan, blower or other airflow generator, the use of a blower is advantageous because of the ability of the blower to provide a more uniform and powerful airflow along the heat sink. I believe it. Another airflow generator according to the present invention also includes a fan, for example, using two or more fans or blowers installed on the GPU 119, in conjunction with the duct, in other areas of the computer housing or outside the housing. Cooling air is taken from some places.

種々の電子部品の冷却を強化する構成が、ハウジング401の平面図としての図6と、図3の4−4断面図としての図4に示されている。このハウジング401は、ブロワー303と翼やフィン等の複数の細長い部材405とを装着するための、ハウジング401によって一方の側面が仕切られ、トップ311によって他方の側面が仕切られた領域403を有している。これらのフィン405とハウジングの底部317は複数の開口407を形成し、これらはトップ311と共にブロワー303からヒートシンク305と307までの複数のダクトを形成している。孔309はブロワー303の入口と整合して、(図4に示されているように)ファンが空気を吸い込むことを可能にすると共に、トップ311によって仕切られた前記複数の開口407が気流を拘束して、この空気をカード101の表面に沿って、特にGPU119のトップに沿い且つヒートシンク305と307に均一に沿って流す。先行技術におけるように、ヒートシンクはブロワー303とGPU119との間に、好ましくは気流方向転換装置301の底部として設けられてもよい。このようにして、気流指向装置301はファン303によって空気を吸い込み、ヒートシンクを横切る方向の気流をヒートシンク305と307の上に供給する。ハウジング401又はトップ311も、翼、ダクト、ハニカム型のファン形状の金属シートその他の通路構成構造や気流方向転換構造或いは機構を組み込むことによって、気流を再方向転換させるように、容易に改変することが可能である。ハウジングの底部317は、金属や黒鉛含浸プラスチック等の高い熱伝導性を有する材料で作られて、以下に述べるようにGPU119の冷却を行なうことが好ましい。   A configuration for enhancing the cooling of various electronic components is shown in FIG. 6 as a plan view of the housing 401 and FIG. The housing 401 has a region 403 in which one side surface is partitioned by the housing 401 and the other side surface is partitioned by the top 311 for mounting the blower 303 and a plurality of elongated members 405 such as wings and fins. ing. These fins 405 and the bottom 317 of the housing form a plurality of openings 407 that together with the top 311 form a plurality of ducts from the blower 303 to the heat sinks 305 and 307. The holes 309 align with the inlet of the blower 303 to allow the fan to draw in air (as shown in FIG. 4) and the multiple openings 407 partitioned by the top 311 restrain the airflow. This air then flows along the surface of the card 101, particularly along the top of the GPU 119 and evenly along the heat sinks 305 and 307. As in the prior art, a heat sink may be provided between the blower 303 and the GPU 119, preferably as the bottom of the airflow redirecting device 301. In this manner, the airflow directing device 301 sucks air by the fan 303 and supplies the airflow across the heat sink onto the heat sinks 305 and 307. The housing 401 or the top 311 can also be easily modified to redirect the airflow by incorporating wings, ducts, honeycomb-type fan-shaped metal sheets and other passage structure, airflow direction changing structure or mechanism. Is possible. The bottom 317 of the housing is preferably made of a material having high thermal conductivity, such as metal or graphite impregnated plastic, and cools the GPU 119 as described below.

本発明の作用を説明する。プリント回路基板に装着されたコンピュータチップその他の電子部品を冷却する際には、その平面の表面に沿って流れるすべての気流はこれらの部品によって乱される。したがって、気流による対流によってこれらの部品を冷却する能力は、これらの部品自体によって影響を受ける。部品のレベルにおいて、流れに面する部品側面は対流による大きい熱移転を経験し、一方、風下に面する側面は、一般的に対流による小さい熱移転の停滞流を経験するであろう。複数の部品に沿って流れる気流の場合には、気流は部品間で停滞したり、部品を含む平面から分離したりさえすることもあって、更に熱移転が減少する。本発明は、種々の発熱部品に沿って流れる気流を提供し、これらの部品を特定の温度又は温度範囲内まで冷却するものである。ファン303と気流指向装置301によって発生させられた気流が、図3、4及び6に波線の矢印で示されている。空気はGPU119に向かって垂直に吸引され、気流指向装置301によって冷却対象の他の部品、特にヒートシンク305と307に向かい、これらのヒートシンクは次いで複数のメモリチップ121を冷却する。トップ311は、気流をカード101の近く、特にメモリチップ121の近くに滞留させて、ヒートシンク305と307上を流れるようにしている。前述したように、カード101からチップが突出しているので、気流が阻害される。本発明者によれば、或る場合には、流れがカード101から分離したり、再循環したりして熱移転が局部的に減少し、その結果、チップからチップへの熱移転に全体的な変化をもたらすことが見出された。トップ311は、気流をチップ121の近くに滞留させ、再循環流の形成を防ぐ。その結果、熱移転の均一性と予想可能性が改善される。   The operation of the present invention will be described. When cooling a computer chip or other electronic component mounted on a printed circuit board, all airflows flowing along the planar surface are disturbed by these components. Therefore, the ability to cool these parts by convection with airflow is affected by these parts themselves. At the part level, the side of the part facing the flow will experience large heat transfer due to convection, while the side facing the leeward will generally experience a stagnant flow of small heat transfer due to convection. In the case of airflow flowing along multiple parts, the airflow can be stagnant between parts or even separated from the plane containing the parts, further reducing heat transfer. The present invention provides an airflow that flows along various heat generating components and cools these components to a specific temperature or temperature range. The airflow generated by the fan 303 and the airflow directing device 301 is shown by the wavy arrows in FIGS. Air is drawn vertically toward the GPU 119 and directed by the airflow directing device 301 to other components to be cooled, in particular heat sinks 305 and 307, which then cool the memory chips 121. The top 311 retains an air current near the card 101, particularly near the memory chip 121, and flows on the heat sinks 305 and 307. As described above, since the chip protrudes from the card 101, the airflow is inhibited. According to the inventor, in some cases, the flow is separated from the card 101 or recirculated to reduce heat transfer locally, resulting in an overall transfer of heat from chip to chip. It has been found to bring about change. The top 311 retains the airflow near the tip 121 and prevents the formation of a recirculation flow. As a result, the uniformity and predictability of heat transfer is improved.

本発明の重要な目的の一つは、気流をカード上に導いて冷却対象の部品の方に向ける能力を具えることである。この目的のために、図5のハウジングの第1実施例401に対して多くの改変が存在する。一般的に、すべての実施例は、GPU119と複数のメモリチップ121の方向に気流を向け、ダクトによって気流をチップに沿って案内して、均一な或いは特別に設定された冷却要件を提供するものである。三つの実施例が図7A、7B、7Cにハウジング701A、701B及び701Cとして提示されている。図7の実施例において、同様な部品は接尾語A、B、Cによって区別され、ハウジング701は一般的にハウジング701A、701B、701Cと呼称され、他の同等な構造物については当業者にとって自明であろう。第1実施例のように、ハウジング701はGPU119に接触する底部717とファン受け入れ領域403とを有している。GPU119とヒートシンク305、307を冷却する他の実施例の場合には、気流ダクトがそれぞれのハウジング701とトップ(縁313によって示されているように)とによって提供されている。   One important object of the present invention is to provide the ability to direct airflow over the card and direct it toward the part to be cooled. For this purpose, there are many modifications to the first embodiment 401 of the housing of FIG. In general, all embodiments direct airflow in the direction of the GPU 119 and the plurality of memory chips 121 and guide the airflow along the chips by ducts to provide uniform or specially set cooling requirements. It is. Three examples are presented as housings 701A, 701B, and 701C in FIGS. 7A, 7B, and 7C. In the embodiment of FIG. 7, similar parts are distinguished by the suffixes A, B, C, the housing 701 is generally referred to as housings 701A, 701B, 701C, and other equivalent structures will be apparent to those skilled in the art. Will. As in the first embodiment, the housing 701 has a bottom 717 that contacts the GPU 119 and a fan receiving area 403. In other embodiments for cooling GPU 119 and heat sinks 305, 307, airflow ducts are provided by respective housings 701 and tops (as indicated by edges 313).

図7Aに示される第1の別の実施例は、底部717Aからトップ311A(図示しない)まで延在するバリア703を具えている。ハウジングの第1実施例401とは異なり、ハウジング701Aは、メモリチップ121の近くに縁705を有する底部717Aを具え、一方、バリア703は外向きに延びて部分的にヒートシンク305と307を取り囲んでいる。ハウジング701Aは、内部気流ダクト或いはフィン405等の気流方向転換装置を具えていない。その上、縁313Aはヒートシンク305と307を完全に越えて延在し、トップ311Aによってこれらがカバーされるようになっている。図7Bの第2の別の実施例は、外部バリア707と直線的な内部バリア709とを具え、特別に設定された気流を提供する。図7Cの第3の別の実施例は、ファンの回転方向(ファン受け入れ領域403内に半円形の矢印で示されている)にそれぞれが湾曲しているバリア711を具えている。気流をファンから各部品に向かわせることによって、ファン受け入れ領域403内のファンからの気流を個々のヒートシンクに合致させて各部品を所与の温度まで冷却することが一部可能になる。したがって、バリア405、709又は711等のバリアのサイズ、間隔、高さ、向きが、部品冷却の効率を決定する重要なファクタとなる。   The first alternative embodiment shown in FIG. 7A includes a barrier 703 that extends from a bottom 717A to a top 311A (not shown). Unlike the first embodiment 401 of the housing, the housing 701A includes a bottom 717A having an edge 705 near the memory chip 121, while the barrier 703 extends outwardly and partially surrounds the heat sinks 305 and 307. Yes. The housing 701A does not include an internal airflow duct or an airflow direction changing device such as the fin 405. In addition, the edge 313A extends completely beyond the heat sinks 305 and 307 so that they are covered by the top 311A. The second alternative embodiment of FIG. 7B includes an outer barrier 707 and a linear inner barrier 709 to provide a specially set airflow. The third alternative embodiment of FIG. 7C includes barriers 711 that are each curved in the direction of fan rotation (indicated by a semi-circular arrow in fan receiving area 403). By directing the airflow from the fan to each part, it is possible in part to match the airflow from the fan in the fan receiving area 403 to individual heat sinks to cool each part to a given temperature. Therefore, the size, spacing, height, and orientation of barriers such as barriers 405, 709, or 711 are important factors that determine component cooling efficiency.

別の実施例はファン303に対する気流を再指向させる他の方法を含んでいる。例えば、フィン405は、底部317からトップ311までの全距離をカバーしていない部分的フィンであってもよく、或いはGPU119用のヒートシンクとして作用する能力を改善するように起伏や表面粗さを有していてもよい。フィン405によって行なわれる気流の案内は、金属、プラスチック、或いは気流を指向させるように容易に加工できる材料で作られた、ハウジング401へのインサートやアタッチメントによってなされることができる。更に、気流の方向転換は、ハニカム型材料で作られた、又はメモリチップの列129と131に取付けられたヒートシンクの一部として形成されたダクト用インサートを用いて行なうことができ、メモリチップの列自体も気流を方向転換させて均一な或いは特定の気流にする手段を提供するフィンを有していてもよい。その上、フィン405とバリア709は底部317からトップ311の方に上方に突出しているように示されているが、これらはトップ311の一部として形成されて底部317の方に突出していてもよく、或いはトップ及び底部に取付けられた別体のピースであってもよい。   Another embodiment includes other ways to redirect the airflow to the fan 303. For example, the fin 405 may be a partial fin that does not cover the entire distance from the bottom 317 to the top 311, or has undulations or surface roughness to improve its ability to act as a heat sink for the GPU 119. You may do it. The airflow guidance provided by the fins 405 can be made by inserts or attachments to the housing 401 made of metal, plastic, or a material that can be easily processed to direct the airflow. Further, the direction of airflow can be changed using duct inserts made of a honeycomb-type material or formed as part of a heat sink attached to memory chip rows 129 and 131. The rows themselves may also have fins that provide a means to redirect the airflow to a uniform or specific airflow. In addition, the fin 405 and the barrier 709 are shown as projecting upward from the bottom 317 toward the top 311, but they may be formed as part of the top 311 and projecting toward the bottom 317. Alternatively, it may be a separate piece attached to the top and bottom.

本発明の別の実施例として、図10に示された放射状に配列された部品レイアウトについて考察する。この例ではカード101はGPU119の周囲に放射状に配置された複数のメモリチップ121を有している。図11は、それぞれがヒートシンク1101に装着された放射状に配置されたメモリチップ121の形をした本発明の放射状冷却システム1110の平面図を示す。この放射状システム1110は、円形孔1109と円形外縁1113を有する円形対称のトップ1111と、このトップ1111の中心に回転中心を有する遠心ファン又はブロワー1103とを具えている。   As another embodiment of the present invention, consider the radially arranged component layout shown in FIG. In this example, the card 101 has a plurality of memory chips 121 arranged radially around the GPU 119. FIG. 11 shows a top view of the radial cooling system 1110 of the present invention in the form of radially arranged memory chips 121 each mounted on a heat sink 1101. The radial system 1110 includes a circularly symmetric top 1111 having a circular hole 1109 and a circular outer edge 1113, and a centrifugal fan or blower 1103 having a center of rotation at the center of the top 1111.

図12Aと12Bの断面図には、放射状システムの二つの実施例1110が放射状システム1110A及び1110Bとして示されている。各実施例は、トップ1111の上方から空気を吸い込んで、波形矢印で示されているように気流を放射状に外向きに指向させる。トップ1111は気流を放射状に指向させて、気流がヒートシンク1101上から離れないようにしている。第1の放射状実施例1110Aにおいては、トップ1111Aは今までの実施例のように実質的に平坦である。第2の放射状実施例1110Bにおいては、トップ1111Bはボード101上の高さが変化し、中心孔1109Bから外縁1113Bまで減少している。気流が放射状に拡散するにつれて、ボード101に対するトップ1111Bの位置が低くなる。したがって、トップ1111の形状は、気流をヒートシンク1110に適合させるのに使用することができる。気流が放射状に拡散するにつれて気流領域の高さを低くすることによって、ヒートシンク1110上での気流特性を改善することができる。   In the cross-sectional views of FIGS. 12A and 12B, two embodiments 1110 of radial systems are shown as radial systems 1110A and 1110B. Each embodiment draws air from above the top 1111 and directs the airflow radially outward as indicated by the wavy arrow. The top 1111 directs the airflow radially so that the airflow does not leave the heat sink 1101. In the first radial embodiment 1110A, the top 1111A is substantially flat as in previous embodiments. In the second radial embodiment 1110B, the top 1111B changes in height on the board 101 and decreases from the center hole 1109B to the outer edge 1113B. As the airflow diffuses radially, the position of the top 1111B with respect to the board 101 becomes lower. Thus, the shape of the top 1111 can be used to adapt the airflow to the heat sink 1110. By reducing the height of the airflow region as the airflow diffuses radially, the airflow characteristics on the heat sink 1110 can be improved.

別の放射状の実施例は、コンピュータのハウジングの中又は外部の箇所から孔1103までダクトを設けて気流を導き、そしてボードから離れてハウジングの外側にファンやブロワーを設け、孔1109とヒートシンク1110との間に翼を設けて、気流を前述のように指向・改変し、そして複数のチップを各ヒートシンクによって冷却するものであるが、これに限定されるものではない。更に、メモリチップ121は完全な円形をなさない部分的な放射状に配置されてもよい。即ち、例えばメモリチップ121は半円状円弧その他の完全円より小さい円弧に沿って配置されてもよい。別の気流配置によれば、ファン或いはブロワー1103を円弧の中心から外れた位置に設置したり、或いは空気を中心を外れた箇所に導いたりして、空気を円弧の中心以外の位置からボード101に沿って流している。   Another radial embodiment provides a duct from inside or outside of the computer housing to the hole 1103 to guide the airflow, and away from the board, a fan or blower is provided outside the housing to provide a hole 1109 and a heat sink 1110 The airflow is directed and modified as described above, and the plurality of chips are cooled by the respective heat sinks. However, the present invention is not limited to this. Further, the memory chips 121 may be arranged in a partial radial shape that does not form a complete circle. That is, for example, the memory chip 121 may be arranged along a semicircular arc or an arc smaller than a perfect circle. According to another airflow arrangement, the fan or blower 1103 is installed at a position deviated from the center of the arc, or air is led to a location off the center, so that the air is drawn from a position other than the center of the arc. It is flowing along.

前述の好適実施例は、対流による従来の冷却技術を妨げる構成における多数の発熱部品を冷却することを目的とした本発明の例示である。本発明は、コンピュータのプラグインボードと連携して使用される冷却システムに関して述べられている。このようなシステムは、ボードの製造の際、或いはユニットとして販売されてからボードに組み込まれ、又はボードとは別に製造されて、既存のボードに付加されてこれをグレードアップしてもよい。   The foregoing preferred embodiment is an illustration of the present invention aimed at cooling a large number of heat generating components in a configuration that interferes with conventional cooling techniques by convection. The present invention is described with respect to a cooling system used in conjunction with a computer plug-in board. Such a system may be upgraded during board production or as a unit and then incorporated into the board or manufactured separately from the board and added to an existing board.

更に、本発明は、他の拘束された環境内の冷却を必要とする多数の部品に対しても使用できることは、当業者ならば自明であろう。コンピュータその他の電子装置は、ハウジング内に装着された部品、或いは対流を限定する構造体の中や上に設けられたこれらの部品を具えている。本発明は、正常な気流によってこれらの部品が適正に冷却されないような構成の非被覆型装置にも適用可能である。更に、本発明は、必要に応じて部品を加熱することも可能である。したがって、本発明は、特許請求の範囲に規定されたもの以外には、限定的に考えるべきでない。   Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be used with numerous components that require cooling in other constrained environments. Computers and other electronic devices comprise components mounted in a housing or provided in or on a structure that limits convection. The present invention can also be applied to an uncovered apparatus configured such that these components are not properly cooled by a normal airflow. Furthermore, the present invention can also heat components as needed. Accordingly, the invention should not be considered as limiting except as defined in the appended claims.

本発明は、特定の実施例に関して説明された。これらの実施例及びその他の実施例の変形も当業者にとっては自明であろう。したがって、本発明は特定の実施例の内容によって限定されるべきものではない。ここに述べられた実施例は、例示の目的で挙げられたものに過ぎず、当業者であればその種々の改変や変形が示唆され、これらは本出願の要旨と範囲並びに特許請求の範囲に含まれるものである。   The invention has been described with reference to specific embodiments. Variations on these and other embodiments will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the present invention should not be limited by the contents of the specific embodiments. The embodiments described herein are given for illustrative purposes only, and those skilled in the art will suggest various modifications and variations thereof, which are within the spirit and scope of this application and the claims. It is included.

先行技術のコンピュータのマザーボードとAGPカードの端面図である。1 is an end view of a prior art computer motherboard and AGP card. FIG. 先行技術のコンピュータのマザーボードとAGPカードの平面図である。It is a top view of the motherboard and AGP card of a prior art computer. メモリチップと先行技術のヒートシンクの図2Aにおける2B−2B断面図である。2B is a 2B-2B cross-sectional view of the memory chip and the prior art heat sink in FIG. 2A. FIG. 本発明の冷却装置の第1実施例の平面図である。It is a top view of the 1st example of the cooling device of the present invention. 図3における4−4断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along 4-4 in FIG. 3. 図3における分解組立図である。FIG. 4 is an exploded view of FIG. 3. 第1実施例のファンハウジングの平面図である。It is a top view of the fan housing of a 1st example. 流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。Figure 2 shows embodiments of an enhanced heat removal system for directing flow. 流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。Figure 2 shows embodiments of an enhanced heat removal system for directing flow. 流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。Figure 2 shows embodiments of an enhanced heat removal system for directing flow. 冷却装置の第2実施例の平面図である。It is a top view of 2nd Example of a cooling device. 図8における8−8側断面図である。FIG. 9 is a side sectional view taken along the line 8-8 in FIG. 8. メモリチップの別の放射状レイアウトの平面図である。FIG. 6 is a plan view of another radial layout of the memory chip. 前記メモリチップの放射状レイアウトのための冷却装置の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a cooling device for a radial layout of the memory chip. 図11の放射状冷却装置の第1及び第2実施例の側断面図である。FIG. 12 is a side sectional view of the first and second embodiments of the radial cooling device of FIG. 11. 図11の放射状冷却装置の第1及び第2実施例の側断面図である。FIG. 12 is a side sectional view of the first and second embodiments of the radial cooling device of FIG. 11.

Claims (11)

ファンからの気流によって、ボード上に第1電子部品と、前記ボード上の第1ラインに沿って配置された第1の複数電子部品と、及び前記第1ラインに対して角度関係を有する前記ボード上の第2ラインに沿って配置された第2の複数電子部品とを含む電子部品を冷却する装置であって、
前記ファンが搭載される表面を有するヒートシンクを具え、該ヒートシンクは前記第1電子部品に取付け可能であると共に、前記第1の複数電子部品と前記第2の複数電子部品の両方に隣接し、
冷却空気を前記ヒートシンクに接触させるための1本以上のダクトを具え、該1本以上のダクトは、トップ部材、および前記ヒートシンクの有する複数のフィンで形成され、且つ前記ファンに連通しており、且つ前記気流を前記ヒートシンクを介して実質的に前記第1の複数電子部品と前記第2の複数電子部品に向けるように構成され
前記ヒートシンクの前記複数のフィンは、前記第1の複数電子部品および前記第2の複数電子部品の上に配置された複数の周辺ヒートシンクに前記ファンからの気流を指向させるために、サイズおよび向きが調整され、
前記トップ部材は、前記複数の周辺ヒートシンク上に前記気流を指向させるために、前記複数の周辺ヒートシンクの少なくとも一部の上まで延在する、電子部品の冷却装置。
The board having an angular relationship with respect to the first line, the first electronic parts on the board, the first plurality of electronic parts disposed along the first line on the board, and the air flow from the fan An apparatus for cooling an electronic component including a second plurality of electronic components arranged along the second line above,
A heat sink having a surface on which the fan is mounted, the heat sink being attachable to the first electronic component and adjacent to both the first and second multiple electronic components;
One or more ducts for bringing cooling air into contact with the heat sink, the one or more ducts being formed by a top member and a plurality of fins of the heat sink, and communicating with the fan; And the air flow is substantially directed to the first plurality of electronic components and the second plurality of electronic components via the heat sink ,
The plurality of fins of the heat sink are sized and oriented to direct airflow from the fan to a plurality of peripheral heat sinks disposed on the first plurality of electronic components and the second plurality of electronic components. Adjusted,
The electronic component cooling apparatus , wherein the top member extends over at least a part of the plurality of peripheral heat sinks to direct the airflow onto the plurality of peripheral heat sinks .
前記1本以上のダクトが複数のダクトであり、該複数のダクトのそれぞれが、第1端と第2端を有する細長いダクトであり、前記指向気流が前記第1端群から前記第2端群に向かう請求項1に記載の装置。  The one or more ducts are a plurality of ducts, each of the plurality of ducts is an elongated duct having a first end and a second end, and the directional airflow is from the first end group to the second end group. The apparatus of claim 1, wherein 前記ヒートシンクが、表面から突出している複数のフィンを有する表面を有し、前記複数のダクトが前記トップ部材と、前記表面と、前記複数のフィンとで形成されている請求項2に記載の装置。 The apparatus according to claim 2, wherein the heat sink has a surface having a plurality of fins protruding from a surface, and the plurality of ducts are formed by the top member, the surface, and the plurality of fins. . 前記トップ部材が、前記ファンが搭載される前記表面に隣接した孔を有し、提供された前記気流が該孔を通じて前記複数のダクトの方に更に向けられる請求項3に記載の装置。  4. The apparatus of claim 3, wherein the top member has a hole adjacent to the surface on which the fan is mounted, and the provided airflow is further directed toward the plurality of ducts through the hole. 前記トップ部材は、該トップ部材が前記複数の周辺ヒートシンクを完全に覆うように、前記第1の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第2の複数電子部品の少なくとも一部の上まで延在し、前記トップ部材は前記気流を前記第1の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第2の複数電子部品の少なくとも一部に向けるように構成されている請求項1に記載の装置。 The top member extends over at least a portion of the first plurality of electronic components and at least a portion of the second plurality of electronic components such that the top member completely covers the plurality of peripheral heat sinks. The apparatus according to claim 1, wherein the top member is configured to direct the airflow toward at least a part of the first plurality of electronic components and at least a part of the second plurality of electronic components. 前記第1電子部品がグラフィックプロセッサであり、前記第1の複数電子部品が第1の複数のメモリチップであり、前記第2の複数電子部品が第2の複数のメモリチップである請求項1に記載の装置。The first electronic component is a graphic processor, the first plurality of electronic components is a first plurality of memory chips, and the second plurality of electronic components is a second plurality of memory chips. The device described. 前記ボードが、空気入口ポートを有するコンピュータハウジングの中に設置され、更に、該空気入口ポートと前記ファンに連通して、前記ハウジングの外の空気を前記ヒートシンクに提供する導管を具えている請求項に記載の装置。The board is installed in a computer housing having an air inlet port, and further comprises a conduit in communication with the air inlet port and the fan to provide air outside the housing to the heat sink. 6. The apparatus according to 6 . 前記角度関係が垂直である請求項1に記載の装置。  The apparatus of claim 1, wherein the angular relationship is vertical. 第1のコンピュータチップと、プリント回路基板上で角度関係を有するコンピュータチップの二つの配列を形成している複数のコンピュータチップと、をファンからの気流によって冷却する方法であって、
前記気流を第1ヒートシンクに供給し、ここで該第1ヒートシンクは前記第1コンピュータチップに熱的に接触しており、該第1ヒートシンクは突出した複数のフィンを有し、トップ部材が前記複数のフィンをカバーして複数の細長いダクトを形成しており、
前記複数のダクトを通じて、気流を前記ヒートシンクを介して実質的に前記複数のコンピュータチップの方に向けて、前記複数の補助コンピュータチップのそれぞれをほぼ均一な温度まで充分に冷却するステップを含み、
前記ヒートシンクの前記複数のフィンは、前記第1の複数電子部品および前記第2の複数電子部品の上に配置された複数の周辺ヒートシンクに前記ファンからの気流を指向させるために、サイズおよび向きが調整され、
前記トップ部材は、前記複数の周辺ヒートシンク上に前記気流を指向させるために、前記複数の周辺ヒートシンクの少なくとも一部の上まで延在する、方法。
A method of cooling a first computer chip and a plurality of computer chips forming two arrays of computer chips having an angular relationship on a printed circuit board by airflow from a fan,
The air flow is supplied to a first heat sink, wherein the first heat sink is in thermal contact with the first computer chip, the first heat sink has a plurality of protruding fins, and a top member is the plurality of the heat sinks. A plurality of elongated ducts are formed to cover the fins of
Through the plurality of ducts, towards the air flow towards the substantially said plurality of computer chips through the heat sink, viewed including the steps of sufficiently cooled substantially uniform temperature of each of said plurality of auxiliary computer chips,
The plurality of fins of the heat sink are sized and oriented to direct airflow from the fan to a plurality of peripheral heat sinks disposed on the first plurality of electronic components and the second plurality of electronic components. Adjusted,
The top member extends over at least a portion of the plurality of peripheral heat sinks to direct the airflow over the plurality of peripheral heat sinks .
更に、前記プリント回路基板の入っているハウジングの外の空気を、前記ハウジングから前記プリント回路基板に導くステップを含む請求項に記載の方法。The method of claim 9 , further comprising directing air outside the housing containing the printed circuit board from the housing to the printed circuit board. 前記角度関係が垂直である請求項に記載の方法。The method of claim 9 , wherein the angular relationship is vertical.
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